Materie-Defizit im Universum

[tomS]

Gemäß der ART ist die Gravitation einer kugelsymmetrischen Massenverteilung im Außenraum der Massenverteilung unabhängig von der Dichte (bei konstanter Masse). [...]

Warum braucht man dazu die ART? Ist das nicht auch schon in der Newtonschen Gravitationstheorie der Fall? Meines Wissens nach hatte Newton die Integralrechnung entwickelt, um diesen Satz zu beweisen.

Zunächst mal habe ich SRT durch ART korrigiert.

Es ging ja darum, zu zeigen, dass durch SLs keine Materie bzw. insbs. nicht ihre gravitative Wirkung "verschwindet". Man benötigt die ART durchaus, denn es ist keineswegs trivial, dass auch in der ART die Metrik außerhalb des EHs nicht durch die Bildung eines EHs bzw. eines SLs modifiziert wird. In der Newtonschen Theorie gibt es ja kein SL, die Materieverteilung kann beliebig festgelegt werden, während in der ART Materieverteilung und Geometrie dynamisch gekoppelt sind.

[tomS]

Mal ne ganz blöde Frage: Wie viel % der Materie des Universums ist denn derzeit in SL gebunden? (Ich möchte die Zahl wirklich gerne wissen!)

Gute Frage - weiß ich nicht.

Wenn die Inflation wahr ist, könnte dann nicht so etwas ähnliches wie damals in sehr abgeschwächter Form heute noch einmal auftreten? Erleben wir vielleicht ein weiteres, langsames und viel schwächeres Ausfrieren eines Feldes (das die beobachtete leicht beschleunigte Expansion des Universums verursacht)?

Könnte sein; bestimmte Modelle der DE sind doch wohl in etwa so etwas, oder?

[gravi]

Mal ne ganz blöde Frage: Wie viel % der Materie des Universums ist denn derzeit in SL gebunden? (Ich möchte die Zahl wirklich gerne wissen!)
Ich vermute schwer, dass es nur ganz wenig sein wird.

Die Frage ist nicht blöd, ich finde die sogar sehr interessant!
Beantworten kann ich sie aber leider auch nicht, weil

• es soll zwar in jeder Galaxie ein zentrales SL sitzen, aber nur in den wenigsten konnten wir das bisher nachweisen. Noch schwieriger ist dabei die Massenbestimmung (jüngst wurde das bisher schwerste SL mit 20 Mrd. Sonnenmassen entdeckt),
• in jeder Galaxie vermutlich unzählige stellare SL's existieren, die man überhaupt nicht "sehen" kann,
• möglicherweise existieren auch außerhalb der Galaxien SL's (z.B. als Bestandteil der DM), von denen wir weder Anzahl noch Massen kennen...

So gesehen ist diese Frage vermutlich überhaupt nicht zu beantworten.

Netten Gruß
gravi

[Andreas1966]

...wenn man so will auch eine Art dunkler Materie.

Gruß, Andreas

[seeker]

Ja, sicher! Die Frage ist, ob das kosmisch gesehen relevant ist, wenn man nach der Expansion des Universums fragt?

Zurück zur Gesamtmasse aller SL:

Auch wenn wir nicht genau wissen, wie viel Masse in ihnen gebunden ist, so können wir doch ein paar Abschätzungen vornehmen, um zu sehen, in welcher Größenordnung wir landen. Schauen wir uns unsere Heimatgalaxie an:

Unsere Galaxie hat eine sichtbare Masse von ungefähr 3,6 x 10^41 kg.
Das zentrale SL in unserer Milchstraße hat eine Masse von ca. 8,6 x 10^36 kg.

Daraus ergibt sich, dass das zentrale SL nur einen Anteil von 0,0024 % der sichtbaren Gesamtmasse der Milchstraße hat.

Das ist also schon mal so gut wie nichts.

Weiterhin wissen wir, dass die Gesamtmasse der Michstraße erheblich (mindestens 4x) größer sein muss, als die sichtbare Masse.
Außerdem wissen wir, dass stellare SL (die im Verhältnis dazu recht leicht sind, wenige bis einige Sonnenmassen) nur aus sehr schweren Sternen entstehen können.
Wenn man weiß, dass solche Sterne recht selten sind (Wie groß ist ihr prozentualer Anteil genau? Weiß das jemand von euch?), dann erkennt man leicht, dass sich an der obigen Zahl nichts Wesentliches (in Zehnerpotenzen) ändert.
Das deckt sich auch mit der Aussage von Ray, wenn er folgendes schreibt:

"Nach aktueller Datenlage der experimentellen Kosmologie beträgt der Anteil baryonischer Materie nur etwa 4% an allen Energieformen im Kosmos! 96% sind demzufolge unbekannt und unverstanden! Doch selbst die 4% baryonische Materie sind mit astronomischen Einzelbeobachtungen nicht messbar (z.B. Cen & Ostriker 1999; Fukugita et al. 1998; Tytler et al. 1996)."

Wobei:

Baryonische Materie ist der physikalische Fachbegriff für die uns sehr vertraute Materieform, aus der wir selbst und unsere Umgebung bestehen. So zählen die Nukleonen (Protonen und Neutronen) und Quarks (deren Konstituenten) zu der baryonischen Materie. In diesem Sinne ist diese Materieform nicht exotisch. Das Sonnensystem, Sterne, interplanetares, interstellares und intergalaktisches Gas und Staub, extrasolare Planeten und auch Braune Zwerge bestehen aus baryonischer Materie. Auch die Massen aller Schwarzen Löcher im Universum werden der baryonischen Materie zugerechnet.

Zitate aus: http://www.wissenschaft-online.de/astro ... t_m05.html (Dank dir Ray!)

Grüße
seeker

[deltaxp]

Bei meiner Überlegung bin ich davon ausgegangen, dass sich die ersten schwarzen Löcher erst am Ende eines Sternenlebens bildeten, also wesentlich später als 100 Millionen Jahre nach dem angenommenen "Big Bang". Auch waren die ersten Galaxien offenbar keine um ein supermassereiches SL rotierenden.

diese annahme selbst ist nicht ganz richtig
die erste sterngeneraration waren i.a. sehr sehr massereiche sterne, die ihr leben bereits nach einigen millionen jahren wieder aushauchten und somit bereits früh stellare schwarzer löcher bildeten.

langlebige sterne, also sterne die milliarden von jahren existieren wie unsere sonne oder noch kleiner, kamen erst später, da sie schwere elemente brauchen um sich bilden zu können. die gabs in der ersten sdterngenration nicht (wurden ja durch sterne erst gebildet).

[gravi]

Weiterhin wissen wir, dass die Gesamtmasse der Michstraße erheblich (mindestens 4x) größer sein muss, als die sichtbare Masse.
Außerdem wissen wir, dass stellare SL (die im Verhältnis dazu recht leicht sind, wenige bis einige Sonnenmassen) nur aus sehr schweren Sternen entstehen können.
Wenn man weiß, dass solche Sterne recht selten sind (Wie groß ist ihr prozentualer Anteil genau? Weiß das jemand von euch?), dann erkennt man leicht, dass sich an der obigen Zahl nichts Wesentliches (in Zehnerpotenzen) ändert.

Deine Überlegung ist sicherlich richtig, aber es ist kaum möglich, die wahre Gesamtmasse der SL's abzuschätzen. Wie gesagt, besteht evtl. die DM (zu einem Teil?) aus ihnen? Und wie groß ist die unentdeckte Zahl in den Galaxien? Wir "sehen" ja tatsächlich nur die leuchtende Materie.

@deltaxp:
Es ist fraglich, ob die ersten Sterne, die ja echte Boliden waren, überhaupt als SL endeten. Ich schätze, die sind eher als Paarinstabilitäts- Novae explodiert und dabei völlig zerstört worden. Die Verhältnisse in deren Innern waren bestimmt viel zu exotisch, als dass ein "ruhiges Brüten" bis zum Eisenkern hätte stattfinden können.

Gruß
gravi

[Timm]

Wie gesagt, besteht evtl. die DM (zu einem Teil?) aus ihnen?

Könnte man spekulieren, gravi. Aber demnach ist es eher nicht so:

Die heute beobachtete Menge an schweren Elementen deutet auf eine Gesamtzahl der Supernova-Explosionen, die weit kleiner ist als die Zahl der zur Erklärung der Dunklen Materie notwendigen NS und BH. Daher kommen diese Objekte doch nicht im Frage, um die DM zu verstecken.

Gruß, Timm

[gravi]

Da gebe ich Dir Recht, aber wissen tut's niemand.

Oder weiß jemand, wie viel der Materie nach dem Urknall in SL's verschwand? Man bedenke, dass damals das All höchst kompakt war und gravitative Zentren verdammt schnell kollabieren konnten - male ich mir so aus. Da hat es gar keiner Sterne bedurft.
Zudem kann ich mir auch vorstellen, dass die DM selbst, da gravitativ höchst wirksam, normale Materie zu SL's mit sich gerissen hat...

Gruß
gravi

[Timm]

Oder weiß jemand, wie viel der Materie nach dem Urknall in SL's verschwand? Man bedenke, dass damals das All höchst kompakt war und gravitative Zentren verdammt schnell kollabieren konnten - male ich mir so aus. Da hat es gar keiner Sterne bedurft.

Es gibt ja die Spekulation, daß im frühen Universum in Regionen mit Überdichte primordiale Schwarze Löcher entstanden sind. Allerdings müßten die noch heute heftig strahlen. Dafür gibt es keine Anzeichen. Falls es primordiale SL gab, konnten sie wegen der expansionsbedingten Verdünnung der Materie nicht weiter wachsen. Und falls es sie gab (und ev. noch immer gibt, vielleicht so wenige, daß sie unendeckt bleiben) enthielten sie sicherlich auch DM, eben alles, was sich innerhalb des sich bildenden Schwarzschildradius befand.

Bei einem stellaren Kollaps dürfte es ähnlich sein. Aber vermutlich wird dabei extrem wenig DM eingeschlossen, entsprechend der geringen Dichte der DM verglichen mit der eines kollabierenden Sterns. Bei solchen Überlegungen ist auch zu berücksichtigen, daß DM - über ein geringes Maß hinaus - wegen der fehlenden elektromagnetischen Wechselwirkung ihrer Teilchen nicht verklumpen kann.

Gruß, Timm

[Andreas1966]

Es gibt ja die Spekulation, daß im frühen Universum in Regionen mit Überdichte primordiale Schwarze Löcher entstanden sind. Allerdings müßten die noch heute heftig strahlen. Dafür gibt es keine Anzeichen. Falls es primordiale SL gab, konnten sie wegen der expansionsbedingten Verdünnung der Materie nicht weiter wachsen. Und falls es sie gab (und ev. noch immer gibt, vielleicht so wenige, daß sie unendeckt bleiben) enthielten sie sicherlich auch DM, eben alles, was sich innerhalb des sich bildenden Schwarzschildradius befand.

Ist es möglich, dass dies die Quasare sind, welche in dieser Phase häufig waren?

[Timm]

Ist es möglich, dass dies die Quasare sind, welche in dieser Phase häufig waren?

Nein, bei den Quasaren handelt es sich um hochaktive Kerne von Galaxien, die ein supermassives SL beherbergen. Sie entstanden in einem viel späteren Zeitalter als die mutmaßlichen primordialen SLer.

[gravi]

Diese Theorie der primordialen SL's steht heute wohl eher auf wackeligen Beinen.
Einerseits stimmt's, so es sie gäbe müssten sie heute zerstrahlen. Fraglich ist aber, ob wir solch kleine Gammaquellen überhaupt erfassen können (die primordialen SL's waren ja massearm). Ebenso gut könnte es auch sein, dass sie schon vor Hunderttausend oder 1 Million Jahre ihr Leben aushauchten - dann sähen wir auch nüscht

Das Stichwort Quasare aber ist in diesem Zusammenhang sehr gut. Wir kennen ja welche, die sehr weit entfernt und somit gerade mal ein paar Hundertmillionen Jahre alt sind. Da ist es doch fraglich, wie sich so schnell solch massereichen SL's bilden konnten. Aus der Millenium-Simulation (http://abenteuer-universum.de/kosmos/urknall5.html) hat sich aber ergeben, dass diese fetten Brocken sich schon bald nach dem Urknall gebildet haben mussten. Jedenfalls aus Sternkollapsaren konnten sie nicht entstehen, die Zeit wäre viel zu kurz gewesen, um so schnell Materie zu akkretieren.
Das kann ein SL ja nicht nach Belieben machen, denn das Eddington- Limit setzt der Gefräßigkeit eine deutliche Grenze.

Gruß
gravi

[deltaxp]

@deltaxp:
Es ist fraglich, ob die ersten Sterne, die ja echte Boliden waren, überhaupt als SL endeten. Ich schätze, die sind eher als Paarinstabilitäts- Novae explodiert und dabei völlig zerstört worden. Die Verhältnisse in deren Innern waren bestimmt viel zu exotisch, als dass ein "ruhiges Brüten" bis zum Eisenkern hätte stattfinden können.

da hast du wahrscheinlich recht. ich wollte auch garnicht auf den endzustand herauus, sondern nur darauf, dass die ersten stellaren brocken es nicht besonders lang machten.

[gravi]

Da hast Du Recht, bei Massen von vermutlich bis zu 1000 Sonnenmassen werden sie ein nur extrem kurzes Dasein gefristet haben.

Gruß
gravi

[monarch87]

hey Leute ich steig mal in die Diskussion mit Vermutungen und Fragen ein
Sind wieder so viele, weiss gar nicht wie ich sie ordnen bzw. mit welcher anfangen

1) Laut Urknalltheorie war doch die gesamte Materie auf einen kleinen Raumpunkt konzentriert, warum ist diese nicht zu einem SL rekollabiert - das stellt 3 weitere Vermutungen/Fragen für mich in die raum:
a) gibt es doch eine Kraft, die den Anziehungskräften eines SL wiederstehen kann und ganz im Gegenteil sogar stärker wird.
b) ihr sagt ja, dass die beschleunigte Expansion erst später eintrat -kann man sich das nicht als Kampf zwischen Gravitation und Expansionskraft ansehen,wo eine lange Zeit lang nix geschah, bis ,wie der letzte Tropfen im Glas, schließlich eine Beschleunigung in Gang setzte, als die Expansion "gewann"
c) Was war mit der Raumzeit? Ich weiss nicht,ob ich da richtig liege, aber ist große Gravitation/Raumkrümmung nicht mit einem langsameren verstreichen der Zeit in Korrelation zu bringen, was bedeuten würde, dass die relative Zeit, sehr langsam verstrichen wäre zu beginn der Entstehung?

2.) Wenn wir dem Raum aus Vakuumteilchen bestehend uns vorstellen und dann vorstellen,dass Vakuumteilchen sich abstoßen, könnte dies eine Vermutung sein für die beschl. Expansion- dazu muss ich noch sagen ,dass wenn sich 2 Vakuumteilchen abstoßend entsteht dort "Leere" diese wird aber sofort von einem dort und auch deswegen neu entstandem Vakuumteilchen eingenommen -somit müsste es azcg eine definierte mindestgröße für diese Teilchen geben. naja nur ne Theorie

poste die erstma

[monarch87]

3.) Es gibt immer einen relaxierenden und kontrahieren Teil.
wo ist der kontrahierende, wenn sich das Universum ausdehnt?-und dies immer schneller

Für mich kommt da nur Materie und Raum in Frage
- Materie zieht sich zusammen und Raum dehnt sich als Folge aus (was von beiden alserstes ist "egal")
wir müssen den mathematischen Zusammenhang finden!
Dies passt mit der beschleunigten theor. auch gut zusammen, da die Gravitation stetig steigt, weil sich jede Art von Energie/Materie anzieht. Im endeffekt landet alles in SL, die immer größer werden und deren G steigt und dies immer schneller je mehr Materie sie besitzen und mit der Zeit wird dies automatisch geschehen.


4.) dann zu den Voids:
Könnte es nicht sein, dass sich in den Voids unmengen von SL befinden, die wir weder direkt, noch indirekt nachweisen können?

[monarch87]

5.) dann noch ne Frage zur Gravitation:

Die Gravitation ist doch von der Menge und der Dichte der Materie abhängig oder?

wenn wir also die gleiche Masse haben aber unterschiedliche Volumina z.B. 5m^3 und 10m^3 hätten die beiden Objekte doch unterschiedliche Gravitation oder wie siehts diesbezüglich aus??

- direkt dazu was für ne gravitative Auswirkung und was für ne Art Raumkrümmung hätte a) eine riesige lange dünne Platte die sich durch den Raum erstrecken würde von mir aus 10^40km lang und sie hätte mindestens SL Masse
b) eine unendlich lange Platte, mit dem Sinne, dass auf jeden Punkt gleiche Kräfte wirken, also es keine "inneren" Stellen auf diese Platte gibt, wäre es gleich wie in einer Kugel, ist das die Symmetrie ?

[monarch87]

Hey!

Hab glaub ich wieder zu viel gefragt ne?

sollt ich lieber verschiedene Threads für die Fragen machen?

mfg m87

[positronium]

3.) Es gibt immer einen relaxierenden und kontrahieren Teil.
wo ist der kontrahierende, wenn sich das Universum ausdehnt?-und dies immer schneller

Es gibt in der Natur kein "unterlegtes" Koordinatensystem, wie man es für Berechnungen nutzt. Das Universum bildet soz. das Koordinatensystem; dieses dehnt sich aus. Es bedarf also keines "etwas", das kontrahiert. Die Expansion läuft ins Nichts, obwohl sogar der Ausdruck nicht ganz richtig ist, weil es eben einfach expandiert.

[positronium]

5.) dann noch ne Frage zur Gravitation:

Die Gravitation ist doch von der Menge und der Dichte der Materie abhängig oder?

Nach der RT ist die Gravitation von Energie abhängig. Wie dicht die Energie gepackt ist, spielt makroskopisch keine Rolle.

[MaxG]

Kannst du kurz erklären, wieso dies keine Rolle spielen würde?

Ein schwarzes Loch, wie ich es verstanden habe,ist eine Raum-Zeit-Verzerrung, die in ihrer Singularität gegen das Unendliche geht, aber doch somit auch Materie auf engstem Raum ist. Daraus würde doch folgen, dass die Gravitation von der Dichte der Masse auf gewissem Raum abhängig ist? Oder schnall ich nichts vom Energie- sowie Massebegriff hier?

[seeker]

Die Gravitation ist doch von der Menge und der Dichte der Materie abhängig oder?

wenn wir also die gleiche Masse haben aber unterschiedliche Volumina z.B. 5m^3 und 10m^3 hätten die beiden Objekte doch unterschiedliche Gravitation oder wie siehts diesbezüglich aus??

Nein, die Gravitation ist in 1. Näherung nur von der Massemenge (bzw. der Ruhemasse entsprechenden Energie) abhängig.
Das bedeutet: Wenn unserer Sonne durch ein gleichschweres SL ersetzt würde, dann würden wir auf der Erde keine Änderung der Gravitation merken.
Das meint positronium mit "makroskopisch".

Die Dichte der Materie hat nur in größerer Nähe einen Einfluss darauf, wie das Gravitationsfeld dort aussieht.

Stell dir zwei gleich schwere (z.B. 1kg) aber unterschiedlich große Kugeln auf einem Gummituch vor (z.b. eine Bleikugel und eine Styroporkugel).
In großer Nähe zu den Kugeln ist das Tuch unterschiedlich gewölbt (bei der Bleikugel stärker), in etwas größerer Entfernung aber gleich gewölbt.
Jetzt stell dir noch eine unendlich kleine Kugel auf dem Tuch vor, die auch 1 kg schwer ist. Es ist klar, dass diese punktförmige Masse das Gummituch viel weiter an diesem Punkt hinunterdrückt (unendlich weit). Ab dem Radius der Styroporkugel ist jedoch die Krümmung des Tuchs wieder gleich, wie bei den anderen Kugeln.

Grüße
seeker

[gravi]

Diese Antwort muss ich einfach kommentieren: Super Erklärung!

Gruß
gravi

[seeker]

Zurück zum Masse-Defizit

Was ich noch nicht ganz verstehe:

Wir haben doch schon einmal folgendes festgestellt:
Wenn man eine Masse beschleunigt, wird dadurch ihre gravitativ wirksame Masse (durch die kinetische Energie des Objektes) nicht zunehmen. Deshalb wird sich z.B. durch alleinige Beschleunigung einer Masse niemals ein SL bilden können.
Wir haben festgestellt, dass der Begriff "relativistische Masse" irreführend ist. Es gibt nur eine Masse: die Ruhemasse.
Nach E = m(Ruhe)*c^2 ist das lokal die einzig gravitativ wirksame Masse.

Nun ist es so, dass sich durch Kernumwandlungsprozesse meistens eine Masseverringerung einstellt (die Summe der Ruhemassen der Edukte ist größer als die Summe der Ruhemassen der Produkte.) - eben wegen der kin. Energie, die die Produkte forttragen.

Daraus folgt doch aber dann, dass lokal die Gravitation fast überall mit der Zeit abnimmt - oder?
Global mag das anders aussehen, das hatten wir auch schon festgestellt. Ich will also nicht auf die Expansion hinaus.
Jedoch könnte man hier unter "lokal" vielleicht sogar Objekte bis hinauf zur Größe von Galaxien verstehen?


Grüße
seeker